土木工程創(chuàng)新設(shè)計 設(shè)計說明書

1、福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院創(chuàng)新設(shè)計計算書及說明書課 程 名 稱 科研實踐或創(chuàng)新設(shè)計、課外學(xué)科實踐 設(shè) 計 題 目 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計 專 業(yè) 年 級 土木工程專業(yè)2010級 姓 名、學(xué) 號 湯開清 100203006 姓 名、學(xué) 號 林文健 100203023 姓 名、學(xué) 號 陳杰 100203011 姓 名、學(xué) 號 楊平 100203071 指 導(dǎo) 教 師 崔廣強(qiáng) 成 績 日 期 2013 年 4 月 15 日 創(chuàng)新設(shè)計評 語該組學(xué)生在設(shè)計的過程中表現(xiàn) ，能夠 完成設(shè)計任務(wù)，能夠 運用所學(xué)理論和專業(yè)知識；設(shè)計內(nèi)容反映的基本概念及計算 ，設(shè)計方案 ，圖紙表達(dá) ， 符合要求。綜合評定成績： 指導(dǎo)教師(簽名)

2、： 年 月 日 計算說明書目錄一、 說明書1.1、 概述·············································&#

3、183;11.2、造型構(gòu)思···········································11.3、結(jié)構(gòu)體系簡介···

4、····································11.4、構(gòu)模型及方案特點············

5、;·······················21.5、模型材料 ·························&

6、#183;···············21.6 施工流程: ································&#

7、183;·········21.7，模型三視圖，效果圖及構(gòu)件詳圖·······················2二、計算書2.1結(jié)構(gòu)計算簡圖···········

8、3;·····························32.2內(nèi)力分析 ···················&

9、#183;······················42.3破壞形式估計·························

10、83;···············62.4白卡紙用量·································

11、··········7三、附圖 一、說明書1.1 概述對于結(jié)構(gòu)模型，穩(wěn)定性起著控制作用，包括整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性，選擇合理有效的結(jié)構(gòu)受力體系對結(jié)構(gòu)模型設(shè)計有著重要意義。模型設(shè)計中，主要應(yīng)考慮充分利用紙材受力性能特點。就本次創(chuàng)新設(shè)計而言，關(guān)鍵在于充分利用紙材受拉性能好，抗彎能力差，受壓則需要組合成柱的特點，選擇優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型，使結(jié)構(gòu)模型能夠最大荷載，同時盡可能降低結(jié)構(gòu)的自身重量。本結(jié)構(gòu)模型根據(jù)以上思想，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的構(gòu)思與設(shè)計。1.2 造型構(gòu)思結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽規(guī)程和使用材料的特點要求，結(jié)合現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)的

12、特點，借鑒斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計概念構(gòu)思注入笨結(jié)構(gòu)模型。在造型上，空間上主要采用三角形等幾何元素，注重結(jié)構(gòu)的整體性。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，充分根據(jù)紙材的力學(xué)性能，主要受力構(gòu)件采用三角支撐，紙條牽拉，提高抗拉 抗壓能力。1.3 結(jié)構(gòu)體系簡介本結(jié)構(gòu)整體外型為框架結(jié)構(gòu)。其造型融入三角形等美學(xué)元素，整體造型簡單、受力形式較好，符合本次創(chuàng)新設(shè)計課題的設(shè)計理念。結(jié)構(gòu)根據(jù)課題所規(guī)定的要求，確定合理跨度和高度以后，以兩根橫桿為主要受力構(gòu)件向下傳力，再利用斜拉繩和三角塊組合受力，增加剛度。根據(jù)各個部分的抗彎剛度要求，靈活選用桿的形式，合理布置橫桿的空間位置；再布置支撐桿件的尺寸大小，用于抵抗荷載傳來的偏心壓力并減小側(cè)移和變

13、形；綜合設(shè)計，形成所成模型。 1.4 結(jié)構(gòu)模型及方案特點本結(jié)構(gòu)模型的特點有：（1）、通過結(jié)構(gòu)模型使偏心荷載有效地轉(zhuǎn)化，運用三角板盡量的去減小構(gòu)件的所受的彎矩，把力均勻的傳遞給橫梁并再通過支點傳給四根支撐柱，能充分發(fā)揮構(gòu)件的力學(xué)性能。模型的主要由受力構(gòu)件為兩根橫桿，兩條斜拉帶，四根支撐柱以及上下各支點的三角板組成。呈框架結(jié)構(gòu)平面布置，中間用橫梁，橫板增加結(jié)構(gòu)的整體性。（2）、斜桿的合理設(shè)置。紙材軸向受拉壓力學(xué)性能較好，受彎性能低劣，故主要利用斜桿把豎向力轉(zhuǎn)化為各部分桿件的壓力，充分發(fā)揮下部細(xì)桿的較高受拉性能。（3）、三角板的有效添加。眾所周知三角形最具有穩(wěn)定性，所以在脆弱的節(jié)點處有效的添加三角板

14、用已加強(qiáng)節(jié)點的強(qiáng)度，防止梁的彎曲變形。1.5建筑材料230克白卡3張、金萬得白乳膠一瓶、手工刀、剪刀、刷子、鉛筆以及T形尺1.6 施工流程:計算數(shù)據(jù)ð制作桿件ð制作組合構(gòu)件ð拼裝結(jié)構(gòu)ð拼裝空間骨架ð節(jié)點處補(bǔ)膠ð加工局部結(jié)構(gòu)1.7，模型三視圖，效果圖及構(gòu)件詳圖 （見附圖）二、計算書2.1結(jié)構(gòu)計算簡圖為了便于運用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算和數(shù)據(jù)分析，結(jié)構(gòu)的節(jié)點和桿件編號如圖所示。 由所給的模型制作材料的力學(xué)性能指標(biāo)：表1 230克白卡紙彈性模量名稱種類層數(shù)彈性模量(MPa)230克白卡紙156.92148.2表2 230克白卡紙

15、極限應(yīng)力名稱類型層厚(mm)拉應(yīng)力(N/mm2)壓應(yīng)力(N/mm2)備 注230克白卡紙0.322.27.0受壓計算時需考慮長細(xì)比對穩(wěn)定的影響表3 蠟線極限拉力股 數(shù)123458極限力(N)48110168207225232可知本組模型采用2層的白卡紙其彈性模量為148.2Mpa，一層的白卡紙其彈性模量為56.9 Mpa。則易得抗拉剛度為EA柱=S柱*E，而S柱(每根構(gòu)件的尺寸都是由30mm高和30mm寬做成的)由幾何知識便可算得 S柱=900mm2，所以：抗拉剛度 EA2=S * E = 148.2 * 106 * 900/ 106 = 133380EA1=S * E = 56.9 * 10

16、6 * 900/ 106 = 51210而 I= bh3/12 =30*303/12=67500，所以抗彎剛度 EI1=148.2*106 *67500/106 =10003500；EI2=56.9*106 *67500/106 =38407502.2內(nèi)力分析內(nèi)力分析計算采用結(jié)構(gòu)求解器進(jìn)行計算：圖一 20kg砝碼作用在結(jié)構(gòu)上的軸力圖kN圖二 20kg砝碼作用在結(jié)構(gòu)的剪力圖kN圖三 20kg砝碼作用在結(jié)構(gòu)的彎矩圖kN·m各個節(jié)點、單元的軸力，剪力，彎矩如表所示1 單元數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù) 單元數(shù)據(jù)2.3破壞形式估計經(jīng)過內(nèi)力分析，實際試驗，總結(jié)出以下破壞形式:經(jīng)過內(nèi)力分析，實際試驗，總結(jié)出以下破壞形式:1、梁強(qiáng)度不足，導(dǎo)致壓